【摘 要】
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长期以来,光学元件表面微纳结构化的光学特性一直是众多科学家的研究热点。同时为了使光学元件在高功率激光的强场环境下稳定工作,光学元件的抗激光损伤性能也已经成为研究者们越来越关注的热点问题。所以,本论文就结合这两个热点问题,通过使用有限元仿真软件COMSOL模拟研究微纳结构化光学表面的抗激光损伤特性。首先,使用COMSOL仿真软件对光学元件表面三种形状微纳结构进行建模,并模拟波长为1064nm激光辐照
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长期以来,光学元件表面微纳结构化的光学特性一直是众多科学家的研究热点。同时为了使光学元件在高功率激光的强场环境下稳定工作,光学元件的抗激光损伤性能也已经成为研究者们越来越关注的热点问题。所以,本论文就结合这两个热点问题,通过使用有限元仿真软件COMSOL模拟研究微纳结构化光学表面的抗激光损伤特性。首先,使用COMSOL仿真软件对光学元件表面三种形状微纳结构进行建模,并模拟波长为1064nm激光辐照微纳结构化光学元件表面,得到三种形状微纳结构（半圆柱形、三棱柱形、四棱柱形）光学元件表面的电场分布和温度场分布。接着分析电场和温度场分布图得出该光学元件的场致损伤和光学元件热熔融损伤的可能性,进而判断出光学元件的抗激光损伤特性的优良。对比本文所研究的三种微纳形状结构,在半圆柱形、三棱柱形、四棱柱形的底边长度都相等为400nm,并且等高为200nm的结构参数下,三棱柱形微纳结构光学元件相比较四棱柱形与半圆柱形微纳结构光学元件具有较高的抗激光损伤的能力。其次,改变光学表面微纳结构参数,研究强激光辐照下光学元件表面的温度场分布与电场分布,对得到的电场与温度分布进行分析,优化得到最佳微纳结构参数,在最佳结构参数下光学元件具有最佳的抗激光损伤能力。半圆柱形微纳结构的最佳结构尺寸参数为:半圆柱形半径在50-80nm、160-190nm,在这两个尺寸范围内,含有半圆柱形微纳结构光学元件具有较高的抗激光损伤性能;三棱柱形微纳结构最佳结构尺寸参数为:三棱柱形高度b0=100nm、200nm、300nm、400nm,底边宽度a0在50-150nm范围以及三棱柱形高度b0为200nm,底边宽度a0在300-400nm范围,含有三棱柱形微纳结构光学元件具有较高抗激光损伤能力;四棱柱形微纳结构最佳尺寸为四棱柱高度b0=300nm,底边宽度a0在250-320nm和350-400nm范围以及四棱柱高度b0=200nm、400nm,底边宽度a0在100-120nm范围,含有四棱柱形微纳结构光学元件具有较高的抗激光损伤性能。本论文的研究结果为光学元件表面微纳结构的形状对光学元件的抗激光损伤性能的影响、光学元件表面微纳结构参数的优化设计和制造提供论依据和借鉴,以达到提高光学元件的抗激光损伤能力的目的。
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